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1、第5章 MATLAB程序设计5.1脚本文件和函数文件M文件有两种形式：M脚本文件和M函数文件。5.1.1 M文本编辑器MATLAB的M文件是通过M文件编辑调试器窗口(EditorDebugger)来创建的。图5.1 M文件编辑/调试器窗口单击MATLAB桌面上的图标，或者单击菜单“File”“New”“M-file”，可打开空白的M文件编辑器，也可以通过打开已有的M文件来打开M文件编辑器。如图5.1所示为打开已创建的M文件。5.1.2 M文件的基本格式下面介绍绘制二阶系统时域曲线的M文件，欠阻尼系统的时域输出y与x的关系为，【例5.1】为M脚本文件，【例5.2】为M函数文件。【例5.1】用M脚
2、本文件绘制二阶系统时域曲线。%EX0501 二阶系统时域曲线%画阻尼系数为0.3的曲线x=0:0.1:20;y1=1-1/sqrt(1-0.32)*exp(-0.3*x).*sin(sqrt(1-0.32)*x+acos(0.3)plot(x,y1,r) 【例5.2】创建一个画二阶系统时域曲线的函数，阻尼系数zeta为函数的输入参数。function y=Ex0502(zeta)% EX0502 Step response of quadratic system.% 二阶系统时域响应曲线% zeta 阻尼系数% y 时域响应% copyright 2003-08-01x=0:0.1:20;y=
3、1-1/sqrt(1-zeta2)*exp(-zeta*x).*sin(sqrt(1-zeta2)*x+acos(zeta)plot(x,y)M函数文件的基本格式：函数声明行H1行(用%开头的注释行)在线帮助文本(用%开头)编写和修改记录(用%开头)函数体 例如，在命令窗口输入help和lookfor命令查看帮助信息： help Ex0502 EX0502 Step response of quadratic system. 二阶系统时域响应曲线 zeta 阻尼系数 y 时域响应 lookfor 二阶系统时域响应Ex0502.m: %二阶系统时域响应5.1.3 M脚本文件脚本文件的特点：(1)
4、 脚本文件中的命令格式和前后位置，与在命令窗口中输入的没有任何区别。(2) MATLAB在运行脚本文件时，只是简单地按顺序从文件中读取一条条命令，送到MATLAB命令窗口中去执行。(3) 与在命令窗口中直接运行命令一样，脚本文件运行产生的变量都是驻留在MATLAB的工作空间(workspace)中，可以很方便地查看变量，除非用clear命令清除；脚本文件的命令也可以访问工作空间的所有数据，因此要注意避免变量的覆盖而造成程序出错。【例5.1续】在M文件编辑调试器窗口中编写M脚本文件绘制二阶系统的多条时域曲线。(1) 单击MATLAB桌面上的图标打开M文件编辑器。(2) 将命令全部写入M文件编辑器
5、中，为了能标志该文件的名称，在第一行写入包含文件名的注释。保存文件为Ex0501.m。%EX0501 二阶系统时域曲线x=0:0.1:20;y1=1-1/sqrt(1-0.32)*exp(-0.3*x).*sin(sqrt(1-0.32)*x+acos(0.3)plot(x,y1,r) %画阻尼系数为0.3的曲线hold ony2=1-1/sqrt(1-0.7072)*exp(-0.707*x).*sin(sqrt(1-0.7072)*x+acos(0.707)plot(x,y2,g) %画阻尼系数为0.707的曲线y3=1-exp(-x).*(1+x)plot(x,y3,b) %画阻尼系数为
6、1的曲线图5.2 运行界面(3) 选择M文件编辑器菜单“Debug”“Run”，就可以在图形窗中看到如图5.2所示的曲线。查看工作空间的变量： whos Name Size Bytes Class x 1x201 1608 double array y1 1x201 1608 double array y2 1x201 1608 double array y3 1x201 1608 double arrayGrand total is 804 elements using 6432 bytes 5.1.4 M函数文件函数文件的特点：(1) 第一行总是以“function”引导的函数声明行；函数
7、声明行的格式： function 输出变量列表 = 函数名(输入变量列表)(2) 函数文件在运行过程中产生的变量都存放在函数本身的工作空间；(3) 当文件执行完最后一条命令或遇到“return”命令时，就结束函数文件的运行，同时函数工作空间的变量就被清除；(4) 函数的工作空间随具体的M函数文件调用而产生，随调用结束而删除，是独立的、临时的，在MATLAB运行过程中可以产生任意多个临时的函数空间。【例5.2续】在M文件编辑调试器窗口编写计算二阶系统时域响应的M函数文件，并在MATLAB命令窗口中调用该文件。创建M函数文件并调用的步骤如下：(1) 编写函数代码function y=Ex0502(
8、zeta)%EX0502画二阶系统时域曲线x=0:0.1:20;y=1-1/sqrt(1-zeta2)*exp(-zeta*x).*sin(sqrt(1-zeta2)*x+acos(zeta)plot(x,y)(2) 将函数文件保存为“Ex0502.m”。(3) 在MATLAB命令窗口输入以下命令，则会出现f的计算值和绘制的曲线： f=Ex0502(0.3)程序分析： 第一行指定该文件是函数文件，文件名为“Ex0502”，输入参数为阻尼系数zeta，输出参数为时域响应y。 当函数文件调用结束，查看x、y： x? Undefined function or variable x. y? Unde
9、fined function or variable y.注意：M脚本文件和M函数文件的文件名及函数名的命名规则与MATLAB变量的命名规则相同。5.2程序流程控制5.2.1 for . end循环结构语法： for 循环变量=array循环体end 说明：循环体被循环执行，执行的次数就是array的列数，array可以是向量也可以是矩阵，循环变量依次取array的各列，每取一次循环体执行一次。【例5.3】使用for . end循环的array向量编程求出 1+3+5.+100 的值。% EX0503 使用向量for循环sum=0;for n=1:2:100 sum=sum+n;endsum
10、sum = 2500 计算的结果为：sum =2500。程序说明：循环变量为n，n对应为向量1:2:100，循环次数为向量的列数，每次循环n取一个元素。【例5.4】使用for . end循环的array矩阵编程将单位阵转换为列向量。% EX0504 使用矩阵for循环sum=zeros(6,1);for n=eye(6,6) sum=sum+n;endsum sum = 1 1 1 1 1 1 程序分析：循环变量n对应为矩阵eye(6,6)的每一列，即第一次n为1;0;0;0;0;0，第一次n为0;1;0;0;0;0；循环次数为矩阵的列数6。5.2.2 while . end循环结构语法： w
11、hile 表达式循环体end 说明：只要表达式为逻辑真，就执行循环体；一旦表达式为假，就结束循环。表达式可以是向量也可以是矩阵，如果表达式为矩阵则当所有的元素都为真才执行循环体，如果表达式为nan，MATLAB认为是假，不执行循环体。【例5.5】与【例5.3】相同，计算1+3+5.+100 的值。% EX0505 使用while循环sum=0;n=1;while n=100 sum=sum+n; n=n+2 ;endsumn sum = 2500n = 101 程序分析：可以看出while . end循环的循环次数由表达式来决定，当n=101就停止循环。5.2.3 Ifelseend条件转移结
12、构语法：if 条件式1语句段1elseif 条件式2语句段2. else语句段n+1end说明：当有多个条件时，条件式1为假再判断elseif的条件式2，如果所有的条件式都不满足，则执行else的语句段n+1，当条件式为真则执行相应的语句段；Ifelseend结构也可以是没有elseif和else的简单结构。【例5.6】用If结构执行二阶系统时域响应，根据阻尼系数0zeta0)&(zeta1) y=1-1/sqrt(1-zeta2)*exp(-zeta*x).*sin(sqrt(1-zeta2)*x+acos(zeta);elseif zeta=1 y=1-exp(-x).*(1+x);end
13、plot(x,y)5.2.4 switchcase开关结构语法：switch 开关表达式case 表达式1 语句段1case表达式2 语句段2. otherwise 语句段nend 说明：(1) 将开关表达式依次与case后面的表达式进行比较，如果表达式1不满足，则与下一个表达式2比较，如果都不满足则执行otherwise后面的语句段n；一旦开关表达式与某个表达式相等，则执行其后面的语句段。(2) 开关表达式只能是标量或字符串。(3) case后面的表达式可以是标量、字符串或元胞数组，如果是元胞数组则将开关表达式与元胞数组的所有元素进行比较，只要某个元素与开关表达式相等，就执行其后的语句段。【例5.7】用switchcase开关结构得出各月份的季节。% EX0507 使用switch结构for month=1:12; switch month case3,4,5 season=spring case6,7,8 season=summer case9,10,11
